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產(chǎn)品接連量產(chǎn)上車,域控制器究竟是什么神仙技術(shù)?

時(shí)間:2021-08-19 15:40:23來源:

導(dǎo)語:?導(dǎo)讀:以智能座艙域控制器為例,進(jìn)入智能座艙時(shí)代,運(yùn)算處理復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增加。

  在汽車行業(yè),域控制器(DCU)悄悄火了起來。

  有數(shù)據(jù)顯示,最近一年域控制器相關(guān)職位的招聘熱度甚至已經(jīng)超過三電,與ADAS接近。蓋世汽車在招聘平臺(tái)搜索發(fā)現(xiàn),不管是車企,還是汽車零部件公司,亦或是近來才正式啟動(dòng)造車的科技公司都在大肆招聘域控制器相關(guān)人員,且薪資水平較高。

  事實(shí)上,早在此之前,以上多方便已投身域控制器研發(fā)大潮,且已有不少產(chǎn)品成功量產(chǎn)“上車”,例如小鵬汽車P7已應(yīng)用德賽西威IPU03自動(dòng)駕駛域控制器,后續(xù)其他車型也將配套,今年7月上市的吉利星越L亦采用了域控制器,還聲稱具備全域FOTA能力……域控制器新車滲透率正快速提升。

  域控制器到底是什么?

  多方密集布局,滲透率快速提升,域控制器究竟是何方神圣?都有哪些神仙技能?

  在說明這一問題之前,我們有必要先來看看,在域控制器“上陣”之前,相關(guān)系統(tǒng)或部件是如何運(yùn)作的。

  域控制器的前身是ECU(Electronic Control Unit),也就是電子控制器單元,又稱為汽車的“行車電腦”,它們的用途是控制汽車的行駛狀態(tài)以及實(shí)現(xiàn)其各種功能。

  在目前大部分傳統(tǒng)汽車采用的分布式E/E(電子電氣)架構(gòu)中,ECU在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、安全氣囊等各底層執(zhí)行零部件中廣泛應(yīng)用,承擔(dān)決策功能。而在這樣的架構(gòu)下,要實(shí)現(xiàn)智能化功能的升級(jí),就需要增加ECU的數(shù)量。

  正因如此,近年來隨著汽車加速智能化,汽車中的ECU數(shù)量激增。據(jù)了解,從1993年到2010年,奧迪A8車型上使用的ECU數(shù)量從5個(gè)驟增至100余個(gè),奧迪A8L裝配的ECU數(shù)量在2013年也已超過100個(gè)。

  而隨著智能化升級(jí)的加速尤其是自動(dòng)駕駛的發(fā)展,一味增加ECU數(shù)量已并非良策。

  由于不同ECU來自不同供應(yīng)商,無論是汽車功能的開發(fā)還是后期的維護(hù)升級(jí),車企均需要和這些供應(yīng)商分別溝通協(xié)作,過程繁瑣,汽車開發(fā)周期也因此拉長(zhǎng),人力物力成本隨之增長(zhǎng)。

  不僅如此,ECU數(shù)量的不斷增加,提高了電源和數(shù)據(jù)分配的布線難度,導(dǎo)致越來越難進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn),而要更多依賴人工,當(dāng)前人工成本上漲,如此一來自然不劃算。另外,各個(gè)ECU的運(yùn)算能力不一,都需要自己的冗余設(shè)計(jì),這也大幅提高了車企的成本。

  此外,由于多數(shù)情況下,車輛的智能化升級(jí)不僅僅需要單個(gè)ECU算力的大幅提升,還要求各個(gè)ECU之間可以進(jìn)行高效的信息數(shù)據(jù)交換,且要留有足夠的算力冗余,以便應(yīng)對(duì)各類突發(fā)情況,保障駕駛安全。

  而在分布式架構(gòu)下,各個(gè)ECU之間多通過LIN/CAN等總線相連,傳輸速度本身有限,難以滿足智能汽車內(nèi)部信息高效流轉(zhuǎn)的需求。

  從另一個(gè)維度來看,這也使得眾多ECU之間難以進(jìn)行快速協(xié)同升級(jí),也即讓整車持續(xù)的OTA升級(jí)變得難以實(shí)施。而要知道,為了降低成本和改善用戶體驗(yàn),OTA已成為智能汽車時(shí)代的一項(xiàng)基本技能。

  總而言之,原來的技術(shù)已經(jīng)不夠用了,有著新技能的域控制器因此上陣。

  域控制器產(chǎn)生于傳統(tǒng)分布式E/E架構(gòu)集中化的過程之中,相當(dāng)于原本相互孤立的ECU相互融合,分組集中控制。借由域控制器,可實(shí)現(xiàn)全車100余ECU到少數(shù)幾個(gè)DCU的變化,控制功能迅速集中,前文所說的成本、安全或是升級(jí)問題也迎刃而解。

  域控制器可以用更少的器件完成更多的功能,有利于降低成本。據(jù)了解,在一項(xiàng)針對(duì)某家整車制造商的研究中,安波福發(fā)現(xiàn),使用區(qū)域控制器可以整合9個(gè)ECU,并少用數(shù)百根單獨(dú)電線,這顯然降低了相關(guān)成本。不僅如此,車輛的重量也因此減少了8.5千克,這既有助于減少二氧化碳的排放,還可以延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

  另外,相較于傳統(tǒng)的分布式ECU,域控制器具備的算力可擴(kuò)展、更靈活的整車OTA以及軟件比重的加大,使得汽車制造商有能力為用戶提供不斷迭代升級(jí)的功能體驗(yàn)。也就是說,車企可以在不增加ECU的情況下,僅僅通過芯片算力和軟件算法就可以實(shí)現(xiàn)汽車功能的升級(jí)。

  更為關(guān)鍵的是,域控制器打破了傳統(tǒng)感知+算法+ECU的捆綁開發(fā)模式,由于多種傳感器的感知數(shù)據(jù)處理可以實(shí)現(xiàn)在域控制器計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)融合,這意味著,車輛能夠及時(shí)做出更安全的決策。

  域控制器都有哪些門類?

  如今,市面上的域控制器產(chǎn)品越來越多,而產(chǎn)品品類不盡相同。盡管行業(yè)對(duì)域控制器尚沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn),但從目前來看,域控制器主要有兩種分類方式。

  一種是按區(qū)域劃分,具體可分為前區(qū)域控制器、左區(qū)域控制器、右區(qū)域控制器等,由于集中度較高、難度較大等原因,目前僅有特斯拉、安波福等少數(shù)企業(yè)采用這樣的分類方式,且不同企業(yè)在區(qū)域控制器的具體劃分上也有所不同。

  開源證券資料顯示,在特斯拉Model3的架構(gòu)中,配置有一個(gè)中央計(jì)算模塊及三個(gè)區(qū)域控制器,這三個(gè)區(qū)域控制器分別為前車身控制模塊、左車身控制模塊和右車身控制模塊。

  其中,左右車身控制模塊把部分基礎(chǔ)功能按區(qū)域進(jìn)行對(duì)稱劃分,兩者分別負(fù)責(zé)各自區(qū)域內(nèi)的內(nèi)外部燈光、門鎖、車窗、駐車卡鉗等等。而相對(duì)于左車身控制器,右車身控制模塊還具有熱管理和自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)兩個(gè)獨(dú)有的功能。

  前車身控制模塊則主要負(fù)責(zé)為整車中各個(gè)控制器進(jìn)行電源分配,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)ECU用電情況,及時(shí)切斷部分處于靜態(tài)但功耗高的ECU供電。此外,前車身控制模塊還包括車前大燈、雨刮器等功能。

  安波福的SVA智能汽車架構(gòu)則由一個(gè)中央計(jì)算集群和多個(gè)區(qū)域控制器構(gòu)成。據(jù)悉這可以很好解決車內(nèi)控制器過于繁瑣的問題,它能將車輛所有的計(jì)算整合到區(qū)域控制器中。同時(shí),留出足夠的接口,以便后期使用中對(duì)汽車進(jìn)行軟件更新,添加新功能。

  該公司表示,在先進(jìn)的車輛電源和數(shù)據(jù)分配架構(gòu)中,區(qū)域控制器是關(guān)鍵所在,而區(qū)域控制器的數(shù)量可以根據(jù)車輛的需求和復(fù)雜性進(jìn)行調(diào)整。

  相較于這一分類方式,按照功能劃分的方式大家可能更為熟悉,目前多數(shù)車企或是零部件企業(yè)都采用這一方式。從目前來看,主要分類有動(dòng)力域控制器、底盤域控制器、車身域控制器、座艙域控制器、自動(dòng)駕駛域控制器,不同企業(yè)間略有差異。

  其中動(dòng)力域控制器,顧名思義,主要集合的是動(dòng)力總成相關(guān)功能,主要負(fù)責(zé)動(dòng)力總成的優(yōu)化與控制。當(dāng)然動(dòng)力域控制器不僅僅存在于傳統(tǒng)燃油車中,在新能源汽車中,隨著電驅(qū)和電控系統(tǒng)向集成化發(fā)展,動(dòng)力域控制器也越來越多地應(yīng)用。

  底盤域控制器,則主要負(fù)責(zé)具體的汽車行駛控制,需要對(duì)包括助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車身穩(wěn)定系統(tǒng)、電動(dòng)剎車助力器、安全氣囊控制系統(tǒng)等在內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的控制。據(jù)悉,華為推出的CCA電子電氣架構(gòu)中,就由底盤域控制器綜合控制驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)及轉(zhuǎn)向。

  座艙域控制器,負(fù)責(zé)的是汽車座艙電子系統(tǒng)功能,可融合傳統(tǒng)的車載信息系統(tǒng)(儀表)和車載娛樂系統(tǒng)(IVI)等功能,同時(shí)集成駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、360環(huán)視系統(tǒng)、AR HUD、行車記錄儀和空調(diào)控制器等功能。

  車身域控制器,主要負(fù)責(zé)車身功能的整體控制。從目前的趨勢(shì)來看,由于車身域控制器涉及安全等級(jí)較低,隨著汽車電子電氣架構(gòu)的進(jìn)一步集中化,有望率先實(shí)現(xiàn)與智能座艙域的融合。

  自動(dòng)駕駛域控制器,則具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制、無線通訊、高速通訊的能力,通常需要外接多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等設(shè)備,完成的功能包含圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)處理等。由于要完成大量運(yùn)算,域控制器一般都要匹配一個(gè)核心運(yùn)算力強(qiáng)的處理器,能夠提供自動(dòng)駕駛不同級(jí)別算力的支持。據(jù)悉,德賽西威IPU03的Xavier算力高達(dá)每秒30萬億次(30TOPS),可實(shí)時(shí)處理來自車輛雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)和超聲波系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù),運(yùn)行感知、定位、規(guī)劃和控制等算法。

  域控制器都由哪些關(guān)鍵部分構(gòu)成?

  不管是以上哪一類型,域控制器顯然都“壓力山大”,畢竟將眾多智能化功能控制的工作都攬到了自己身上,實(shí)力當(dāng)然要跟上,而這并不簡(jiǎn)單。

  從域控制器的構(gòu)成來看,要做到這一點(diǎn),需要主控芯片、軟件操作系統(tǒng)及中間件、應(yīng)用算法等多層次軟硬件的有機(jī)結(jié)合,尤其是主控芯片,作為域控制器的核心部件,將面臨更高的要求。

  以智能座艙域控制器為例,進(jìn)入智能座艙時(shí)代,運(yùn)算處理復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增加。不僅如此,整車廠往往在前期便需要預(yù)埋高性能硬件,因?yàn)橹挥羞@樣,后續(xù)才能逐步釋放預(yù)埋硬件的利用率,通過芯片算法和軟件算力實(shí)現(xiàn)不斷迭代持續(xù)更新。

  基于此,傳統(tǒng)的功能芯片將不再適用,必須選擇集成了中央處理器(CPU)、AI處理單元、圖像處理單元(GPU)、深度學(xué)習(xí)加速單元(NPU)等多個(gè)模塊的系統(tǒng)級(jí)SoC芯片。隨著各個(gè)主機(jī)廠越來越傾向于采用硬件預(yù)埋的方式進(jìn)行智能化競(jìng)賽,采用單個(gè)更高算力SoC芯片或多個(gè)SoC芯片成為主流趨勢(shì)。博世智能座艙域控制器技術(shù),就將儀表和娛樂域多個(gè)ECU集成在一個(gè)SoC(片上系統(tǒng))上。

  據(jù)悉,智能座艙傳統(tǒng)芯片廠商如恩智浦、德州儀器、瑞薩,消費(fèi)芯片廠商如英偉達(dá)、高通、三星也也紛紛入局,座艙SoC正在成為供應(yīng)商之間競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。國(guó)內(nèi)芯片廠商如地平線、芯馳科技、華為等也正瞄準(zhǔn)智能座艙SoC芯片市場(chǎng)。

  同樣重要的還有軟件操作系統(tǒng)及中間件,他們主要負(fù)責(zé)對(duì)硬件資源進(jìn)行合理調(diào)配,以保證各項(xiàng)智能化功能的有序進(jìn)行。隨著汽車電子電氣架構(gòu)的向域架構(gòu)演變,域架構(gòu)體系下操作系統(tǒng)和中間件的重要性顯著提高,同時(shí)系統(tǒng)軟件對(duì)于電池管理、汽車網(wǎng)聯(lián)化及相關(guān)服務(wù)的功能控制占比也逐漸增長(zhǎng)。

  而就軟件操作系統(tǒng)來說,該系統(tǒng)大致可分為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)兩種。

  就實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)而言,其重點(diǎn)在于反應(yīng)的迅速,系統(tǒng)在接收到輸入信號(hào)后,能夠在短時(shí)間內(nèi)處理完畢并予以反饋,其處理任務(wù)的(最遲)完成時(shí)間是確定可知的。

  正因如此,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具備較高的安全性和可靠性,往往被應(yīng)用在車控領(lǐng)域,包括傳統(tǒng)的車輛動(dòng)力、底盤、車身以及新興的自動(dòng)駕駛等。

  非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相對(duì)應(yīng),它的關(guān)鍵不在于反應(yīng)的快慢,注重的是兼容性與開發(fā)生態(tài),被廣泛應(yīng)用于座艙娛樂等領(lǐng)域,例如阿里的AliOS、谷歌的Android Auto等。

  此外值得一提的是應(yīng)用算法。應(yīng)用算法是基于操作系統(tǒng)之上開發(fā)的軟件程序,也是汽車品牌差異化競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。


標(biāo)簽: 智能汽車

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